Мартин Ниймьолер е роден на 14 януари 1892 г. в Липщат.

След успешна кариера в имперския флот, която завършва като командир на подводница след Първата световна война, през 1919 г. започва да учи протестантско богословие в Мюнстер. Като духовник по време на Ваймарската република работи за възстановяване на смисъла на обществото, което изглежда дезориентирано, чрез християнското послание и реда в църковните структури.

След като първоначално подкрепя идването на власт на националсоциалистите, Ниймьолер се превръща в критик на режима, след като осъзнава неговата нехуманна идеология. След няколко ареста и съдебни процеси той най-накрая е интерниран в различни концентрационни лагери от 1937 до 1945 г.

Като член на Съвета на Протестантската църква на Германия и църковен председател на Протестантската църква в Хесен и Насау той участва във възстановяването на църквата. През 1947 г. става църковен президент, на който пост остава до 1965 г. Като противник на превъоръжаването и ядреното въоръжаване на Западна Германия, през 50-те години на ХХ век той е и политически активен. През 60-те години се ангажира с икуменизма.

На 17 декември 1975 г. осиновеният му роден град Висбаден го почита, като му присъжда почетно гражданство. По време на церемонията Ниймьолер се подписва и в Златната книга на града.

Той умира в столицата на провинция Хесен на 6 март 1984 г. През 1987 г. по инициатива на учениците горната гимназия в Молткеринг е наречена на името на бившия църковен глава.